찬호! ‘마그누스 효과’ 알면 백전백승
운동경기에 활용되는 공의 특색있는 모습 속에는 과학적 원리가 숨겨져 있다. 만약 야구공의 표면이 매끄럽다면 160㎞대의 강속구와 춤을 추는 듯한 변화구도 없었을 것이고, 배드민턴에서 셔틀콕의 모양이 다르다면 순간 최고 시속 260㎞에 달하는 셔틀콕을 주고받기 위해 축구장 넓이만한 경기장이 필요했을지도 모른다. 각종 공의 신비를 벗겨본다.
●빠른 직구 투수들 “공기야 저항해다오”
야구공은 코르크나 고무로 된 작은 심에 약 280m에 달하는 실을 감은 뒤 8자 모양의 말가죽 또는 쇠가죽 두 장을 굵은 실로 108번 꿰매 만든다. 야구공은 원 모양의 가죽 두 장을 서로 꿰매면 된다고 생각하기 쉽지만, 이럴 경우 꿰맨 부분이 만두처럼 주름이 생길 수 있다. 특히 공 표면에 실을 꿰맨 자국인 실밥(솔기)은 투수가 빠른 공이나 변화구를 효과적으로 던질 수 있게 한다. 공기의 저항이 클수록 공의 속도나 움직임이 줄어들 것으로 생각하기 쉬우나 실밥은 이와 정반대의 현상을 만들어내기 때문이다.
야구공이 공기를 통과하면 공 앞쪽은 압력이 커지는 반면 뒤쪽은 작아진다. 이같은 압력차에 의해 공 주변에는 공의 진행을 방해하는 얇은 공기막이 형성된다. 그러나 공의 실밥이 회전하면서 공기막을 깨뜨리는 구실을 하기 때문에 공은 오히려 더욱 빠르게 나아갈 수 있다.
따라서 빠른 직구를 던지는 투수들은 공기의 저항을 더 많이 받고 공의 회전력을 높이려고 실밥과 손가락의 방향이 직각이 되도록 공을 잡는다. 공의 회전이 거의 없는 너클볼이 직구에 비해 느린 이유도 같은 맥락이다.
변화구 역시도 마찬가지다. 투수가 공을 시계 반대방향으로 회전력을 줄 경우 공은 오른쪽에서 왼쪽으로 휘어진다.
이는 공의 회전 방향과 공기가 흐르는 방향이 반대인 공의 오른쪽은 마찰이 생겨 압력이 증가하며, 공의 회전과 공기의 흐름이 일치하는 공의 왼쪽은 공기 흐름이 빨라져 압력이 감소한다.
한국체육과학연구원 이순호 박사는 “압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 물체를 밀어내는 힘을 발휘하는 ‘마그누스 효과’ 때문에 야구공의 진행 방향이 바뀌게 된다.”면서 “공기의 흐름이 없다면 160㎞대의 강속구도, 춤을 추는 듯한 변화구도 불가능할 것”이라고 설명했다.
●골프공 작은 홈들이 비거리 높여
이같은 마그누스 효과는 골프에서도 일어나며, 골프공 표면에 있는 작은 홈인 딤플이 중요한 역할을 한다. 골퍼는 공의 밑부분을 때리기 때문에 공은 역회전하며 날아간다. 이에 따라 역회전하는 골프공의 아래쪽 공기는 마찰 때문에 압력이 증가하고 위쪽 공기는 상대적으로 압력이 작아져 공은 위로 밀어올려진다. 딤플은 야구공의 실밥처럼 마찰과 압력을 증가시켜 공의 비거리 및 체공시간을 늘어나게 한다. 이 때문에 골프공에 딤플이 없다면 비거리는 20% 가량 감소하게 된다.
이 박사는 “마그누스 효과를 얻기 위해서는 공의 회전력을 높여야 한다.”면서 “이는 스윙 속도가 빠른 프로골퍼보다 아마추어골퍼에게 더욱 필요하다.”고 말했다.
즉 타이거 우즈 같은 프로골퍼의 경우 처음에는 공의 속도가 빨라 마그누스 효과의 영향을 받지 않기 때문에 일직선으로 날아간다. 그러나 공의 속도가 떨어지는 순간 이 효과가 나타나 공이 높게 떠오르는 ‘2단 도약’ 현상으로 이어지는 것이다.
또 축구에서도 마그누스 효과를 이용, 공격수들은 수비수와 골키퍼를 속이기 위해 공을 휘어차는 이른바 ‘바나나킥’을 할 수 있다.
특히 공을 강하게 차면 찰수록 공 주변에 형성되는 공기막은 얇아지고 마찰력이 줄어들어 ‘난류 상태’가 되기 때문에 직선으로 날아가던 공이 갑자기 방향을 바꿀 수 있는 것이다.
브라질 출신 축구선수 로베르토 카를로스가 엉뚱한 방향으로 찬 시속 150㎞의 공이 골대 안으로 빨려 들어가는 것이나 영국의 데이비드 베컴이 ‘프리킥의 마술사’라 불리는 이유도 과학의 원리를 잘 활용하고 있기 때문이다.
●농구,‘새 공 줄게, 헌 공 다오’
농구공 표면에 울퉁불퉁한 돌기는 선수들이 드리블할 때 손바닥과 공이 닿는 면적을 줄여 미끄러지는 현상을 방지하는 역할을 한다. 게다가 새 공은 유분이 남아 있어 손에 땀이 날 경우 더욱 미끄럽게 느껴지기 때문에 농구는 구기종목에서 거의 유일하게 새 공이 아닌 헌 공을 사용한다.
KBL(한국농구연맹) 관계자는 “공식경기에서 어떤 공을 사용해야 한다는 명문화된 규정은 없다.”면서 “다만 홈 앤드 어웨이 방식으로 치러지는 프로농구의 경우 연고팀이 제공하는 연습용 공 16개 가운데 원정팀이 2개를 고르며 선택권은 보통 원정팀 가드나 슈터가 갖는다.”고 설명했다.
예를 들어 ‘인천 전자랜드 블랙슬래머’와 ‘전주 KCC 이지스’가 경기를 치를 경우 인천이 원정팀이면 이 팀의 슈터인 문경은 선수가, 전주가 원정팀이면 조성원 선수가 경기에 사용할 공의 선택권을 쥐고 있다.
또 셔틀콕은 주로 거위와 오리, 닭 등 조류의 깃털을 이용한다. 특히 고급 셔틀콕은 거위의 오른쪽 또는 왼쪽 날개 등 한방향으로 된 깃털만을 엮어 만든다. 이 때문에 셔틀콕에 적당한 회전력이 주어지면 멀리 날아가지만, 강한 회전이 걸리면 오히려 가까운 곳에 떨어진다.
이 박사는 “셔틀콕은 구조상 공기의 저항을 많이 받으며 강한 회전력은 저항을 높이는 역할을 하게 된다.”면서 “따라서 깃털 방향과 회전 방향이 일치하면 빠르게 날아가다, 역방향이면 천천히 날아가다 각각 급격히 떨어지게 된다.”고 말했다.
셔틀콕에 사용되는 거위 깃털 수는 모두 16개. 그러나 거위의 양날개 깃털은 모두 합해봐야 14개밖에 되지 않는다. 결국 셔틀콕 하나를 만드는데 거위 3마리가, 보통 40개의 셔틀콕을 사용하는 한 경기를 마치기 위해서는 60마리 정도의 거위가 필요한 셈이다.
장세훈기자 shjang@seoul.co.kr